CN110494322A - 用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的机器人设备 - Google Patents

用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的机器人设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在充电设备(4)与机动车(3)的蓄能器单元(2)之间建立充电连接的机器人设备(1)，该机器人设备具有：运动装置(11)，借助于该运动装置能使机器人设备(1)相对于充电设备(4)和机动车(3)运动；拾取设备(9)，借助于该拾取设备能拾取充电设备(4)的充电元件(5)、能使该充电元件与蓄能器单元(2)的联接元件(8)联接并能随后释放该充电元件；检测装置(10)，借助于该检测装置能确定联接元件(8)在机动车(3)上的位置，其中，机器人设备(1)能借助于支撑设备(28)与机动车(3)连接，由此力能从机器人设备(1)传递到机动车(3)上。

Description

用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的 机器人设备
技术领域
本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的机器人设备以及用于建立充电连接的方法。
背景技术
从文献DE 10 2015 213 160 A1中已知一种用于将充电插头自动化地插入车辆的接口中的机器人。该机器人设计成可移动的并包括执行器，该执行器抓住充电桩的充电插头并实施将充电插头插入接口中的插接过程。机器人具有检测装置用于检测接口。在插接过程结束后，执行器释放充电插头，机器人运动到另一位置中。
此外，从文献DE 10 2015 213 161 A1中也已知一种用于将充电插头自动化地插入车辆接口中的机器人。该机器人包括检测装置，借助于该检测装置确定车辆的接口的位置和类型，并根据接口的类型为插接过程选择充电插头。
文献DE 10 2009 006 982 A1公开了一种用于给运输工具的电源充电的充电系统。该充电系统包括充电设备和机器人单元，其中，机器人单元被设计用于自动将充电设备连接到电源的接口。
发明内容
本发明的目的是，提供一种用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的机器人设备，该机器人设备特别简单、成本有利且重量轻。
该目的根据本发明通过具有独立权利要求的特征的机器人设备和方法来实现。具有本发明的适宜的改进方案的有利的设计方案在相应的从属权利要求中说明。
本发明的第一方面涉及一种用于在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接的机器人设备。在此，机器人设备包括运动装置，借助于该运动装置可以使机器人设备相对于充电设备和机动车运动。此外，机器人设备具有拾取设备/接收设备，借助于该拾取设备可以拾取/接收充电设备的充电元件，能使该充电元件与蓄能器单元的联接元件联接并能随后释放该充电元件。该机器人设备还包括检测装置，借助于该检测装置可以确定联接元件在机动车上的位置。
根据本发明，机器人设备可以借助于支撑设备与机动车连接，由此可以将力从机器人设备传递到机动车上。换句话说，根据本发明的机器人设备包括支撑设备，其中，借助于机器人设备在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接，该充电设备可以是例如电源、气体燃料源或液体燃料源，而蓄能器单元可以是电池或者可以是用于气体燃料或液体燃料的储罐。借助于运动装置，用于拾取充电元件的机器人设备可以接近充电设备，并且可以接近机动车以将充电元件与联接元件联接。
在通过拾取设备拾取充电元件并且该拾取设备接近机动车之后，例如在将充电元件与联接元件联接之前借助于支撑设备将机器人设备与机动车连接。因此，在充电元件与联接元件联接时，力可以从机器人设备传递到机动车上。该力例如是阻力，该阻力可能在将充电元件与联接元件联接和断开时出现。由于将力传递到机动车上，所以不必为了吸收力而将机器人设备设计成笨重的，而是可以设计成特别轻的并且因此特别节省成本，这是因为不需要或仅有限地将力传递到地面上。
优选地，检测装置包括摄像机，借助于该摄像机可以检测联接元件的位置。换句话说，该位置被光学地以摄像机采集和识别。联接元件的位置特别是借助于图像识别功能来确定。图像识别功能特别是可以包括分配规则，在该分配规则中将联接元件的形状和/或机动车的轮廓与联接元件在相应机动车上的相应位置相关联。在分配规则中存储例如联接元件相对于相应的机动车的参考点/基准点的相应位置。为了在充电元件与联接元件之间形成联接，特别是借助于检测装置来确定联接元件相对于相应的机动车的参考点的位置并操控联接元件相对于运输充电元件的机器人设备的位置。从中得到的优点是，借助于检测装置可以成本特别低且简单地检测联接元件的位置。
在本发明的一个另选设计方案中，检测装置包括标记检测装置，借助该标记检测装置可以检测联接元件的借助于应答器标记的位置。换句话说，标记检测装置特别是通过接收来自应答器的信号来检测应答器的位置，该应答器例如可以是RFID芯片，并由此确定由应答器标记的联接元件位置。这样做的优点是，机器人设备可以位置特别精确地接近联接元件，这是因为联接元件的位置可以通过机器人设备借助于检测装置来检测。
在本发明的一个有利的设计方案中提出，运动装置包括底架以及多个调节元件，借助于该底架可以使机器人设备在一平面中自由运动。在此，拾取设备借助于所述多个调节元件能相对于底架调节其高度和迎角。这意味着，借助于运动装置的底架可以使机器人设备在平面中、特别是在水平面中相对于机动车且相对于充电设备自由运动。底架可以例如包括多个轮，所述多个轮例如可以在其空间取向上自由摆动，使得机器人设备可以在平面中自由运动。此外，运动装置包括多个调节元件，借助于所述多个调节元件可以调节拾取设备相对于底架并相对于平面的高度和迎角。由此有利地实现了，借助于机器人设备可以使充电元件特别近地靠近联接元件。另外，可以对应于联接元件的取向调整充电元件相对于底架且相对于平面的迎角。
优选地，拾取设备以可围绕转动轴线转动的方式支承在运动装置上。在此，转动轴线特别是垂直于调节元件的调节轴线延伸，借助于该调节元件可以调节拾取设备围绕调节轴线的迎角。因此，充电元件可以借助于机器人设备位置特别准确地对应于联接元件布置，以便随后特别快速且特别安全地将充电元件与联接元件联接。
在本发明的另一有利的设计方案中设有打开设备，借助于该打开设备可以打开联接元件的闭锁装置。这意味着，打开设备被设计成与联接元件的闭锁装置相配合，以便打开闭锁装置。在此，打开设备可以例如包括抓持元件、压力元件或磁性元件，以便打开闭锁装置。由此产生的优点是，借助于机器人设备可以实现自动打开例如在机动车的行驶过程中用于保护联接元件的闭锁装置。因此，有利地，不需要例如通过机动车的驾驶员打开联接元件的闭锁装置。
本发明的第二方面涉及一种用于借助于机器人设备在机动车的蓄能器单元与充电设备之间建立充电连接以实施充电过程的方法。在此，机器人设备借助于运动装置接近充电设备，并借助于拾取设备拾取充电设备的充电元件。随后，机器人设备借助于运动装置使充电元件接近机动车，并借助于检测装置来检测机动车的蓄能器单元的联接元件的位置，并借助于打开设备打开联接元件的闭锁装置。此后，机器人设备将充电设备的充电元件与联接元件联接，然后释放充电元件。
根据本发明，机器人设备借助于支撑设备与机动车连接，由此力从机器人设备传递或可以传递到机动车上。这意味着，机器人设备特别短暂地在充电元件与联接元件联接之前和在充电元件与联接元件联接期间借助于支撑设备特别是侧向地被支撑在机动车上。该侧向支撑用于将力从机器人设备传递到机动车上，该力特别是在充电元件与联接元件的联接过程期间以及断开过程期间出现。这有利地实现了机器人设备的特别轻的和简单的设计，由此可以节省额外的成本。
在该方法的另一设计方案中提出，检测装置通过分配规则确定联接元件的位置，在该分配规则中将联接元件的位置分配给相应的机动车类型，以便使充电元件位置准确地接近联接元件并与其联接。特别地，检测装置包括摄像机，借助于该摄像机可以记录或检测机动车，其中，可以借助于摄像机的记录在计算单元中来确定所记录的机动车的车辆类型。借助于计算单元，可以通过分配规则根据车辆类型确定所记录的机动车的联接元件的相应位置。为此，在存储在计算单元中的分配规则中，将联接元件的位置分配给相应机动车类型。在此，计算单元可以例如是机器人设备的一部分或者另选地可以布置在机器人设备的外部，并且例如通过因特网或通过无线电与机器人设备的计算装置进行通信。有利地，机器人设备因此可以使充电元件位置准确地接近联接元件并与其联接。
优选地，在通过充电设备完成对蓄能器单元的充电过程之后，机器人设备借助于支撑设备支撑在机动车上，拾取充电元件并将其从联接元件上取下，关闭联接元件的闭锁装置并使充电元件远离机动车。通过借助于支撑设备将机器人设备支撑在机动车上，可以使力从机器人设备传递到机动车上，其中，特别是在从联接元件上取下充电元件时可能出现该力。通过借助于支撑设备将机器人设备支撑在机动车上，特别是可以避免机器人设备的倾翻。从联接元件上取下充电元件、闭锁装置的关闭以及机器人设备使充电元件远离机动车有利于建立机动车准备出发的状态。
本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，其具有已经结合根据本发明的机器人设备的改进方案所描述的特征。因此，在此不再描述根据本发明的方法的相应改进方案。
附图说明
下面描述本发明的实施例。对此示出：
图1以透视图示出在充电设备与机动车的蓄能器单元之间建立充电连接时的机器人设备；
图2以示意性侧视图示出机器人设备，该机器人设备具有运动装置、拾取设备和检测装置，在该拾取设备上拾取充电设备的充电元件；
图3以示意性侧视图示出拾取设备，该拾取设备具有充电元件、充电设备以及机动车的联接元件，通过该联接元件可以联接充电元件用于建立充电连接；和
图4以示意性透视图示出充电元件。
具体实施方式
以下描述的实施例是本发明的优选实施形式。在实施例中，实施形式的所述各部分表明本发明的可视为彼此独立的单个特征，这些特征也彼此独立地改进本发明，因此也可以单独地或以与所示出的组合不同的组合被视为本发明的组成部分。所述实施形式也可以通过本发明的其它已经说明的特征被加以补充。
在附图中功能相同的元件设有相同的附图标记。
图1示出了处于在具有蓄能器7的充电设备4与机动车3的蓄能器单元2之间建立充电连接期间的机器人设备1。充电设备4包括蓄能器7和充电元件5，并且在当前情况下包括电缆元件6。通过电缆元件6，能量载体或能量可以从充电设备4的蓄能器7传递到充电元件5。充电元件5可以借助于机器人设备1接近机动车3，并且与机动车3的蓄能器单元2的联接元件8联接。借助于充电元件5从充电设备4的蓄能器7传递到机动车3的蓄能器单元2的能量可以是电能或电流。能量载体例如是气体燃料或液体燃料。机动车的蓄能器单元2可以是电池或用于气体燃料或液体燃料的储罐。在当前描述的实施例中，蓄能器单元2是电池，能量载体是电流。
在图2中，以示意性侧视图详细地示出了机器人设备1。如从图2中可以看出，机器人设备1包括拾取设备9、检测装置10和运动装置11。运动装置11具有底架12，在当前情况下底架包括多个轮13和基板14。借助于底架12，机器人设备1可以在水平面中自由运动。由此，机器人设备1可以接近机动车3和充电设备4。在当前情况下，运动装置11还包括两个调节装置，其中，可以借助于高度调节装置15沿方向16调节拾取设备9。第二调节元件是角度调节元件17，借助于该角度调节元件可以沿方向19调节拾取设备9的围绕调节轴线18的迎角。
在此，检测装置10被设计为标记检测装置，借助于该标记检测装置可以检测联接元件8的借助于应答器20标记的位置。在这种情况下，检测装置10包括未示出的发送元件和未示出的接收元件，检测装置10可借助于该发送元件和接收元件与应答器20通信，以确定联接元件8的位置。在当前情况下，机器人设备1包括计算装置21，该计算装置21根据借助于检测装置10确定的联接元件8位置来控制或调节机器人设备1借助于运动装置11进行的运动。拾取设备9在运动装置11上可围绕转动轴线22沿方向23转动。在此，转动轴线22特别是垂直于调节轴线18延伸。如果充电元件5被接纳在拾取设备9上，则充电元件5同样可以借助于拾取设备9围绕转动轴线22沿方向23转动。
机器人设备1还具有支撑设备28，借助于该支撑设备可以使机器人设备1与机动车3连接，并且可以从机器人设备1传递力到机动车3上。机器人设备1可以将在充电元件5与联接元件8联接和断开时或在将插头元件24插入接纳开口25中和从中拔出时可能出现的高强度的力支撑在机动车3的车辆部件上。在当前情况下，机器人设备1将该力支撑在机动车3的非易受损的车辆部件上。可以在轮29、轮胎、轮螺栓、轮辋、用于千斤顶的接纳部上或者另选地在门把手上实现在机动车3上的支撑。在当前情况下，机器人设备1借助于支撑设备28与机动车3的轮29连接。对此轮29是特别合适的，因为轮从两侧被夹紧，在单侧通过压力而紧贴，或者可以通过与轮胎花纹的形锁合而用作支撑部，且不存在损坏的风险。
由于支撑设备28，机器人设备1可以特别轻且特别成本有利地构造。此外，机器人设备1是特别简单的机器人，也称为低技术机器人。为了供电，借助于未示出的电源线为机器人设备1供电。因此，对于机器人设备1而言不需要大的蓄能器，由此可以将机器人设备1的重量保持得特别低。总体上，机器人设备1因此是简单、轻便、低成本的低技术机器人。
在图3中，以示意性侧视图示出了具有充电元件5和联接元件8的拾取设备9。如图3所示，充电元件5具有插接元件24，该插接元件在将充电元件5与联接元件8联接时被插入到联接元件8的对应的接纳开口25中。由此可以建立连接，通过该连接可以从蓄能器7通过蓄能器单元2传递电流。
图4以示意性透视图示出了充电元件5。在图4中可以看出，充电元件5具有接纳元件26，借助于该接纳元件26可以由拾取设备9拾取充电元件5。在这种情况下，接纳元件26当前包括磁性元件27，该磁性元件可以与拾取设备9的未示出的磁性装置的磁体接合。由此，可以在拾取设备9与充电元件5之间实现特别牢固、可逆的连接。
目前，用于当前可电动运行的机动车3的传导式充电的充电元件5必须由驾驶员或服务人员与联接元件8联接。当使用电动机动车3时，充电元件5的插入和拔出极大地限制了舒适度。此外，每个充电设备4、特别是充电桩或壁挂式充电箱在未被占用的情况下仅能对一辆机动车3进行充电。通过机器人设备1，可以将充电设备4、特别是充电桩或壁式充电箱的充电元件5插入所有商业通用的可电动运行的机动车3中并从中拔出。其结果是，机动车3的驾驶员不必亲自将充电元件5与机动车3连接。借助于机器人设备1实现充电设备4经由充电元件5和联接元件8与机动车3的连接。由此可以借助于同一充电设备4顺序地为多个机动车3充电，其方式是，在第一机动车3的充电过程结束之后，机器人设备1将充电元件5、和进而将充电设备4与第二机动车3联接。在第二机动车3的充电过程之后，机器人设备1可以将充电设备4与第三机动车3联接。因此，在没有人工干预的情况下，可以借助于充电设备4例如在夜间为多个机动车3充电，所述充电设备特别可以是快速充电点。
为了建立充电连接，机器人设备1利用拾取设备9拾取充电设备4的充电元件5。随后，机器人设备1接近机动车3。借助于检测装置10，机器人设备1通过应答器20的位置、特别是RFID芯片的位置检测联接元件8的位置。随后，机器人设备1借助于未示出的打开设备打开联接元件8的闭锁装置30。机器人设备1借助于拾取设备9在充电元件5与联接元件8之间形成联接，然后释放该充电元件。在蓄能器单元2的充电过程结束之后，机器人设备1的拾取设备9拾取充电元件5，将充电元件与联接元件8断开，关闭联接元件8的闭锁装置，并使得充电元件5远离机动车3。

Claims (9)

1.一种用于在充电设备(4)与机动车(3)的蓄能器单元(2)之间建立充电连接的机器人设备(1)，该机器人设备具有：运动装置(11)，借助于该运动装置能使机器人设备(1)相对于充电设备(4)和机动车(3)运动；拾取设备(9)，借助于该拾取设备能拾取充电设备(4)的充电元件(5)、能使该充电元件与蓄能器单元(2)的联接元件(8)联接并能随后释放该充电元件；检测装置(10)，借助于该检测装置能确定联接元件(8)在机动车(3)上的位置，
其特征在于，
机器人设备(1)能借助于支撑设备(28)与机动车(3)连接，由此，力能从机器人设备(1)传递到机动车(3)上。
2.根据权利要求1所述的机器人设备(1)，其特征在于，检测装置(10)包括摄像机，借助于该摄像机能检测联接元件(8)的位置。
3.根据权利要求1所述的机器人设备(1)，其特征在于，检测装置(10)包括标记检测装置，借助于该标记检测装置能检测联接元件(8)的借助于应答器(20)标记的位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人设备(1)，其特征在于，运动装置(11)包括底架(12)以及多个调节元件(15、17)，借助于该底架能使机器人设备(1)在一平面中自由运动，借助于所述多个调节元件(15、17)能调节拾取设备(9)相对于底架(12)的高度和迎角。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人设备(1)，其特征在于，拾取设备(9)以能围绕转动轴线(22)转动的方式支承在运动装置(11)上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人设备(1)，其特征在于，设有打开设备，借助于该打开设备能打开联接元件(8)的闭锁装置(30)。
7.一种用于在机动车(3)的蓄能器单元(2)与充电设备(4)之间借助于机器人设备(1)建立充电连接以实施充电过程的方法，其中，机器人设备(1)
-借助于运动装置(11)接近充电设备(4)，
-借助于拾取设备(9)拾取充电设备(4)的充电元件(5)，
-借助于运动装置(11)使充电元件(5)接近机动车(3)，
-借助于检测装置(10)检测机动车(3)的蓄能器单元(2)的联接元件(8)的位置，
-借助于打开设备打开联接元件(8)的闭锁装置(30)，
-将充电设备(4)的充电元件(5)与联接元件(8)联接并随后释放该充电元件，
其特征在于，
机器人设备(1)借助于支撑设备(28)与机动车(3)连接，由此能将力从机器人设备(1)传递到机动车(3)上。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，检测装置(10)通过分配规则确定联接元件(8)的位置，以便使充电元件(5)位置准确地接近联接元件(8)并与该联接元件联接，在该分配规则中联接元件(8)的相应位置与相应的机动车类型相对应。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在通过充电设备(4)对蓄能器单元(2)的充电过程结束之后，机器人设备(1)借助于支撑设备(28)支撑在机动车(3)上、拾取充电元件(5)并从联接元件(8)上取下充电元件、关闭联接元件(8)的闭锁装置(30)并使充电元件(5)远离机动车(3)。
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